JP2002116403A - 光スキャナ装置 - Google Patents
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Abstract
を高精度に行う。 【解決手段】 半導体のフレーム部2から延びてミラー
部を支持する弾性支持部3の、フレーム部2との接続部
近傍に4つのピエゾ抵抗20が設けられ、これらに対応
してフレーム部上には同様の参照ピエゾ抵抗30が設け
られる。各ピエゾ抵抗はベースリード27、28と参照
ベースリード29により接続され、弾性支持部3の両側
辺寄りのピエゾ抵抗と参照ピエゾ抵抗とで弾性支持部の
捩れ変形を検出するブリッジ回路が形成され、内側のピ
エゾ抵抗と参照ピエゾ抵抗とで弾性支持部の曲げ変形を
検出するブリッジ回路が形成される。ベースリード等に
接続するアルミニウム配線36、37はフレーム部2に
形成されるので、弾性支持部3に応力を発生させず、温
度変動に対してもバイメタル効果によるオフセットや共
振周波数の変動が防止されて信頼性が向上する。
Description
ロマシニングにより作製する小型の光スキャナに関す
る。
操作させる光スキャナは、バーコードリーダーやレーザ
ビームプリンタ、ディスプレイあるいは自動車用レーザ
レーダ等に幅広く用いられるようになっている。このよ
うな光スキャナは、従来、モータでミラーを回転駆動す
るいわゆる機械装置として構成されていたが、その小型
化と高速化を求めて、近年はシリコンをはじめとする半
導体や水晶をマイクロマシニングによる微細加工で形成
するきわめて小型の光スキャナが提案されている。
公報に開示されたマイクロスキャナの構成を示し、
(a)は断面図、(b)は基板の平面図である。(a)
に示すように、ミラー部63を備える基板60の上下両
面に、基板60のフレーム部61において保護板70、
72が接合され、サンドイッチ構造となっている。基板
60はn型シリコンで形成され、(b)に示すように、
周辺を画成するフレーム部61に囲まれた空間内にミラ
ー部63を配置し、ミラー部63の中心よりオフセット
した部位とフレーム部61の1辺とを弾性支持部62で
接続している。弾性支持部62は片持ち梁としてミラー
部63を支持し、その長手方向中央部には長手方向にそ
った歪み検出素子64と長手方向に対して45°傾斜さ
せた歪み検出素子65とが設けられている。これらの歪
み検出素子はそれぞれp型不純物を拡散して形成したピ
エゾ抵抗である。
し、後述するミラー部63の振動による変位空間を確保
するようになっている。保護板70には基板60のミラ
ー部63に対応する部位に光透過窓71が設けられてい
る。このマイクロスキャナは図示しない圧電アクチュエ
ータに固定されて設置される。
からなる振動系は曲げと捩れの2つの共振点を有する。
したがって、圧電アクチュエータを曲げ振動の共振周波
数で駆動すると、ミラー部63が共振によって変位し、
光透過窓71から入射する光を反射して走査することに
なる。また、捩れ振動の共振周波数で駆動すると、ミラ
ー部63が共振によって捩れ変位し、光透過窓71から
入射する光を反射して曲げ共振時に対して直交する方向
に走査する。これらの組合せにより、2次元走査が可能
となる。
歪み検出素子64の抵抗値変化に基づいて検出され、捩
れ振動の共振周波数は45°傾斜の歪み検出素子65の
抵抗値変化に基づいて検出されて、圧電アクチュエータ
の駆動においてフィードバック制御が行われる。
成のマイクロスキャナでは歪み検出素子64、65が弾
性支持部62の中央部に設けられているので、例えばブ
リッジ回路を形成するにも例えばアルミニウムなどの金
属配線層を弾性支持部62に設ける必要がある。このた
め、良好な変形特性を得るため弾性支持部62の厚さを
薄くすると、金属配線層による残留応力が無視できなく
なり、感度の低下や、残留応力によるオフセットの変動
で共振時変位の検出精度が低下するという問題がある。
層とシリコンの弾性支持部62の熱膨張係数の違いか
ら、温度変動に対してバイメタル効果によるオフセット
や共振周波数の変動が生じる。これはまた長期的な信頼
性の低下にもつながる。さらにまた、捩れ検知用の歪み
検出素子65が弾性支持部62の長手方向に対して45
°傾斜させて配置してあるから、弾性支持部62の狭い
幅のなかでフルブリッジ回路を形成するレイアウトも困
難で、感度向上の手段を有効に利用できない。
部で支持し弾性支持部の曲げおよび捩れ振動でミラー部
からの反射光を2次元走査する光スキャナにおいて、簡
単な構造で、ミラー部の変位検出を高精度に行い、信頼
性を向上させた小型の光スキャナを提供することを目的
とする。
発明は、反射面を備えたミラー部をフレーム部から延び
る梁により支持したスキャナ基板と、ミラー部と梁から
なる振動系を励起する振動励起手段とを備え、梁を曲げ
振動および捩れ振動させることにより、ミラー部の反射
面に入射する光を2次元に走査反射する光スキャナ装置
において、梁のフレーム部との接続部近傍にフレーム部
からミラー部方向に延びる梁長手方向の複数の歪み検出
素子を備える歪み検出部を有して、該歪み検出部は、複
数の歪み検出素子のうちの少なくとも1つの歪み検出素
子の出力に基づいて梁の曲げ変形を検出するとともに、
所定の歪み検出素子間の出力の差に基づいて梁の捩れ変
形を検出するものとした。梁の歪み検出素子がフレーム
部近傍に形成されているので、歪み検出部において検出
回路等を形成する際の金属配線を実質的に梁上に延ばす
必要がない。
子を、それぞれ梁の各側辺の近傍に配置したものであ
る。梁が捩れ振動したときの逆相変形を大きく検出する
ことができる。
上に梁幅方向に延びる複数の歪み検出素子を備え、該梁
幅方向に延びる歪み検出素子と梁長手方向に延びる歪み
検出素子とでブリッジ回路を形成しているものとした。
部をフレーム部から延びる梁により支持したスキャナ基
板と、ミラー部と梁からなる振動系を励起する振動励起
手段とを備え、梁を曲げ振動および捩れ振動させること
により、ミラー部の反射面に入射する光を2次元に走査
反射する光スキャナ装置において、梁のフレーム部との
接続部近傍でかつ梁の各側辺近傍に形成された2本の梁
長手方向に延びる歪み検出素子と、2本の梁幅方向に延
びる歪み検出素子とを備える歪み検出部を有して、該歪
み検出部は、スイッチ切換えにより上記2本の梁長手方
向に延びる歪み検出素子が互いに対向するブリッジ回路
と互いに隣接するブリッジ回路とを形成し、梁長手方向
に延びる歪み検出素子が互いに対向するブリッジ回路で
は梁の曲げ変形を検出し、梁長手方向に延びる歪み検出
素子が互いに隣接するブリッジ回路では梁の捩れ変形を
検出するものとした。1つの回路の結線を切換えること
により、梁の曲げ変形と捩れ変形とが検出できる。
であって、該スキャナ基板の半導体素材をエッチング処
理して梁が形成され、梁長手方向に延びる歪み検出素子
および梁幅方向に延びる歪み検出素子はスキャナ基板上
に拡散形成されたピエゾ抵抗であるものとした。半導体
からのエッチング処理で梁を含むスキャナ基板が形成さ
れるので、小型に実現でき、また半導体のバッチプロセ
スによる製作が可能である。
み検出素子が、それぞれフレーム部側からミラー部側へ
延びる2本のピエゾ抵抗の先端を連結した折り返し形状
を有するものとした。ピエゾ抵抗の寸法を短くしながら
大きな実質長さが得られる。
源回路に接続する金属配線が、梁を避けてフレーム部に
形成されているものとした。梁上に金属配線がないの
で、金属配線の存在による悪影響を受けない。また、請
求項8の発明は、ミラー部の厚さを梁の厚さより大きく
したもので、こにより、ミラー部の変形が防止される。
りミラー部と梁からなる振動系を励起して梁を曲げ振動
および捩れ振動させることにより、ミラー部で光を2次
元に走査反射する光スキャナ装置において、歪み検出部
の複数の歪み検出素子を梁のフレーム部との接続部近傍
に配置し、曲げ変形の検出とともに、所定の歪み検出素
子間の出力の差に基づいて梁の捩れ変形を検出するもの
としたので、歪み検出部において検出回路等を形成する
際の金属配線を実質的に梁上に延ばす必要がなく、歪検
出における金属配線に起因する検出精度の低下、温度変
動に対するオフセットや共振周波数の変動から解放さ
れ、高い信頼性が得られる。
いる歪み検出素子を、それぞれ梁の各側辺の近傍に配置
したので、捩れ振動時の逆相変形が大きく、捩れ変形に
対して高い検出出力が得られる。
向の歪み検出素子に加えてさらに梁幅方向の歪み検出素
子を備えるので、両歪み検出素子でフルブリッジ回路が
形成でき、感度が向上する。
辺近傍に形成された2本の梁長手方向の歪み検出素子
と、2本の梁幅方向の歪み検出素子とを備えて、スイッ
チ切換えにより梁の曲げ変形を検出するブリッジ回路
と、梁の捩れ変形を検出するブリッジ回路とを形成する
ものとしたので、簡単構成の回路で梁の曲げ変形と捩れ
変形とが検出でき、検出素子数が少ないので幅狭の梁上
にも容易に形成できるとともに、検出回路も小型とな
る。
グ処理で梁を含むスキャナ基板が形成されるので、小型
に実現でき、また半導体のバッチプロセスにより低コス
トで大量生産ができる。
素子として折り返し形状のピエゾ抵抗としたので、歪み
検出素子のサイズを短くしながら大きな実質長さが得ら
れるとともに、フレーム部側から梁上へ延ばしたピエゾ
抵抗の他端がフレーム部側へ戻ってくるので、ピエゾ抵
抗に接続する金属配線を確実にフレーム部上に限定する
のにとくに有効である。
子も含めて、歪み検出素子に接続する金属配線をフレー
ム部上に限定するので、応力による感度の低下が防止さ
れ、また温度変動に対してバイメタル効果によるオフセ
ットや共振周波数の変動が防止されて信頼性が向上す
る。
厚さより大きくしているので、梁の変形にかかわらずミ
ラー部の反射面の平滑を保持して走査ビームの歪やズレ
を抑え、走査の精度が確実に高められる。
例により説明する。図1は第1の実施例の構成を示し、
(a)はスキャナ基板を取り出して示す平面図であり、
(b)は(a)におけるA−A部断面図で、光スキャナ
の全体組立状態を示す。まず(b)の断面図に示すよう
に、スキャナ基板1の底面に圧電アクチュエータ6が固
定され、またスキャナ基板1の上面には保護板7が接合
されて、サンドイッチ構造が形成されている。
レーム部2((b)参照)に弾性支持部3でミラー部4
を支持した振動系が形成されている。弾性支持部3とミ
ラー部4の厚さはフレーム部2の厚さより薄く、フレー
ム部2の上面にそって延びている。したがって、弾性支
持部3とミラー部4の裏面側には圧電アクチュエータ6
との間に空間R1が形成されている。また、保護板7は
皿形状をなし、弾性支持部3とミラー部4の上方に空間
R2を形成している。これにより、ミラー部4の振動に
よる変位空間が確保される。保護板7にはスキャナ基板
のミラー部4に対応する部位に光透過窓8が設けられて
いる。
(b)の平面図に示すように、周辺を画成するフレーム
部2に囲まれた空間9内にミラー部4が配置されてい
る。ミラー部4はフレーム部2の1辺と弾性支持部3で
接続され、弾性支持部3はミラー部4に対してその幅寸
法が小さく設定され、片持ち梁としてミラー部4を支持
している。ここでは、弾性支持部3の長手方向の中心線
はミラー部4の中心を通っている。なお、本願において
は、梁のフレーム部からミラー部方向に延びるスパン方
向を梁の長手方向、これに直角の方向を梁幅方向と呼
ぶ。ミラー部4の表面には金やアルミニウムなどの金属
薄膜からなる反射膜5が形成されて、光透過窓8から入
射する光に対する反射面となっている。
は圧電アクチュエータ6を駆動することにより加振され
る。弾性支持部3の曲げ振動にかかる共振周波数で駆動
すると、弾性支持部3が共振によって曲げ変位し、捩れ
振動にかかる共振周波数で駆動すると、弾性支持部3が
共振によって捩れ変位して、ミラー部4が光透過窓8か
ら入射する光を同じく光透過窓8を通して反射し走査す
ることになる。そして曲げ振動と捩れ振動の組合せによ
り、2次元走査が可能となる。
部3のフレーム部2との接続部には、その上面にピエゾ
抵抗からなる歪み検出部10が形成されて、弾性支持部
3の歪量(変形量)を検出するようになっている。図2
は、歪み検出部10の詳細を示す弾性支持部とフレーム
部の接続部分の拡大図である。弾性支持部3の幅方向に
4つのピエゾ抵抗20(20a、20b、20c、20
d)が並べて設けられている。このうち2つのピエゾ抵
抗20a、20bは弾性支持部3の一方の側辺寄りに配
置され、残りの2つのピエゾ抵抗20c、20dは弾性
支持部3の他方の側辺寄りに配置されている。
に延びる2本の平行な細長の抵抗半部21、22の各先
端を連結リード24で連結して構成され、他端がフレー
ム部2の内縁延長線B上に1辺を一致させてフレーム部
側に設けられた矩形形状のベースリード27、28(2
7a、28a:27b、28b:27c、28c:27
d、28d)に接続されている。ベースリード27、2
8はその長手方向を、弾性支持部の長手方向と平行にし
て配置されている。各ピエゾ抵抗20は、梁長手方向に
延びる歪み検出素子に該当する。なお、以下、各ピエゾ
抵抗等間を区別するときは参照番号に添字(a、b、
c、d)を付し、共通の場合には添字を略して説明す
る。
20b、20c、20dと対をなして、ピエゾ抵抗20
と同様に連結リード24で連結された2本の抵抗半部2
1、22の一方をベースリード27または28に接続し
た参照ピエゾ抵抗30(30a、30b、30c、30
d)が形成されている。そして参照ピエゾ抵抗30にお
ける他方の抵抗半部の端は、参照ベースリード29(2
9a、29b、29c、29d)に接続している。参照
ベースリード29はベースリード27、28と同形状で
その長手方向をベースリード27、28に対して直角方
向に配置されている。
部21、22は参照ベースリード29aとベースリード
27aに接続され、参照ピエゾ抵抗30bの抵抗半部2
1、22はベースリード28bと参照ベースリード29
bに接続され、参照ピエゾ抵抗30cの抵抗半部21、
22は参照ベースリード29cとベースリード27cに
接続され、参照ピエゾ抵抗30dの抵抗半部21、22
はベースリード28dと参照ベースリード29dに接続
されている。
び参照ベースリード29cは、フレーム部2を延びるア
ルミニウム配線36によって電圧源Vccに接続され
る。参照ベースリード29a、29b、29dおよびベ
ースリード28cは同じくフレーム部を延びるアルミニ
ウム配線37によって接地端子GNDに接続される。ま
た、それぞれフレーム部を延びるアルミニウム配線によ
って、ベースリード28bは端子A1へ、ベースリード
27cは端子A2へ、ベースリード27aは端子B1
へ、そしてベースリード28dは端子B2へ接続され
る。
スリード29ならびに連結リード24は、ピエゾ抵抗2
0(抵抗半部21、22)と同じp型拡散層として形成
されるが、抵抗半部21、22と比較して幅広の大面積
を備えるので、きわめて低抵抗の単なる配線接続部とし
て機能する。上記のように構成された歪み検出部10
は、図3の(a)に示す第1のブリッジ回路100と、
(b)に示す第2のブリッジ回路102とを形成してい
る。これらの作用については後述する。
て、上記のスキャナ基板1の作製要領を示す。まず、
(a)に示すように、板状の(100)n型シリコン素
材80の上面に熱酸化膜81を形成したあと、マスキン
グの上ボロンのイオンを注入して、p型拡散抵抗82を
<110>方向に形成する。つぎに、(b)に示すよう
に、熱酸化膜81にp型拡散抵抗82とのコンタクトの
ためのエッチングを施し、蒸着あるいはスパッタリング
によりアルミニウム膜83をパターニング形成して、ア
ルミニウム配線36、37等とする。 この際、同時に
ミラー部相当部分にもアルミニウム膜84を形成して反
射膜5とする。
80の裏面からエッチングを行って凹部85を形成し、
弾性支持部3およびミラー部4相当部分の厚さを薄くす
る。具体的には、裏面に耐エッチング膜を形成したうえ
これをパターニングしてエッチングする。エッチング方
法としては、KOH等の強アルカリ液を用いたウエット
エッチングやSF6等のガスを用いたドライエッチング
など適宜に選択できる。
パターニングして、フレーム部2内側に空隙(9)を形
成して弾性支持部3およびミラー部4を画成する。その
後残った耐エッチング膜を除去して完成する。図4の
(d)はこの状態を示している。上記のp型拡散抵抗8
2がピエゾ抵抗20ならびに参照ピエゾ抵抗30とな
る。
SI(高密度集積)プロセスとして周知であり、多数個
のスキャナ基板1が素材ウエハ上に同時に作製された
後、ダイシングにより個々のチップに分割される。
て、図3の(a)に示す第1のブリッジ回路100で
は、ピエゾ抵抗20bと20cが互いに対向する辺とな
っており、抵抗値の同相で変化する成分を出力し、逆相
で変化する成分はキャンセルされる。したがってこのブ
リッジ回路では、弾性支持部の幅の両側において同相、
すなわち曲げによる変形が検出される。
回路102では、ピエゾ抵抗20aと20dが互いに隣
接する辺となっており、抵抗値の逆相で変化する成分を
出力し、同相で変化する成分はキャンセルされる。した
がってこのブリッジ回路では、弾性支持部の幅の両側に
おいて逆相、すなわち捩れによる変形が検出される。
圧電アクチュエータ6に固定した本実施例では、圧電ア
クチュエータ6を所定の周波数で駆動して振動させるこ
とで、弾性支持部3とミラー部4からなる振動系が曲げ
共振ならびに捩れ共振に励起される。これにより、ミラ
ー部4が変位して傾くので、反射膜5に照射される入射
光に対する反射光は偏向される。偏向角度はミラー部4
の機械的な傾き角の2倍であり、ミラー部4の変位は上
記第1および第2のブリッジ回路100、102により
算出できるので、反射光のビーム方向を特定することが
できる。
素材からLSIプロセスにより作製され、きわめて小型
に2次元走査の光スキャナが実現される。そして同じく
LSIプロセスで大量生産可能であるから、顕著なコス
ト低減が得られる。
抵抗20のみをフレーム部2の内縁延長線Bから曲げお
よび捩れの生じる弾性支持部3上へ延ばして配置すると
ともに、配線接続部となるベースリード27、28をフ
レーム部2上に配置したので、これによりアルミニウム
配線36、37の金属配線層もすべてフレーム部2上と
なり、金属配線層を弾性支持部3に設けた場合のような
残留応力の発生がなく、また温度変動に起因するバイメ
タル効果によるオフセットや共振周波数の変動のおそれ
もない。
エゾ抵抗20を弾性支持部3の幅方向に並べ、内側に位
置する2つのピエゾ抵抗20b、20cと外側に位置す
る2つのピエゾ抵抗20a、20dとにグループ分けす
るとともに、参照ピエゾ抵抗30a〜30dをフレーム
部2上に設けて両グループのピエゾ抵抗と組合せて、同
相で変化する変形成分のみを出力する第1のブリッジ回
路100と、逆相で変化する変形成分のみを出力する第
2のブリッジ回路102とを形成したので、弾性支持部
3の曲げと捩れをそれぞれ精度良く独立に検出できる。
ここで、弾性支持部3の両側辺近傍に位置させた外側の
ピエゾ抵抗20a、20dで逆相変化成分を出力する第
2のブリッジ回路102を構成しているので、捩れ検出
の精度がとくに高められている。
は、n型シリコンを素材として説明したが、例えば素材
としてSOI板を用いる場合は、弾性支持部3およびミ
ラー部4相当部分に埋め込み酸化膜を形成し、エッチン
グをこの埋め込み酸化膜で停止させることにより、弾性
支持部およびミラー部の厚さを高精度に実現することが
容易となる。また、素材としてp型シリコン上にn型エ
ピタキシャル層を形成したものを用いるときも、エレク
トロケミカルエッチングでn型エピタキシャル層のみを
残して弾性支持部およびミラー部とすることにより、同
様に精度の高い厚さを簡単に実現できる。
アルミニウム膜に限らず、アルミニウム膜の形成とは別
工程により、一層反射率の高い金など他の金属膜を形成
して反射膜とすることができる。
面に圧電アクチュエータ6を固定し、スキャナ基板1の
フレーム部2を介して弾性支持部3およびミラー部4を
加振するようにしているが、変形例として図5に示すよ
うに、弾性支持部3、さらにはミラー部4までの裏面に
図示省略の電極を備える圧電膜6Aを形成し、電圧を印
加することにより、弾性支持部3に曲げや捩れ変形を生
起させることができる。
膜を形成して、これに外部から磁界を印加することによ
り、同様に弾性支持部に曲げや捩れ変形を生起させるこ
とができる。これら圧電膜6Aや磁歪膜などの機能薄膜
をスキャナ基板1の弾性支持部3からミラー部4に一体
形成した場合には、スキャナ基板1を別体の圧電アクチ
ュエータに取付ける実装工程が不要となり、低コスト化
とともに、スキャナ全体の一層の小型化が図れる。
部4の厚さを同一としたが、他の変形例として図6に示
すように、スキャナ基板1’において、ミラー部4’の
厚さを弾性支持部3よりも厚くすることにより、圧電ア
クチュエータ6の駆動で共振したときミラー部までが弾
性支持部3と同様に曲げ変形や捩れ変形するおそれがあ
る場合でも、確実にミラー部4’の反射面(反射膜5)
の平滑を保持して走査ビームの歪やズレを抑え、走査の
精度を高めることができる。
検出部におけるピエゾ抵抗の他のレイアウトを示す。第
2の実施例の歪み検出部10’では、弾性支持部3の長
手方向に平行に延ばした第1ピエゾ抵抗50(50a、
50b、50c、50d)に加えて、これらに対応させ
た弾性支持部3の幅方向に延びる第2ピエゾ抵抗52
(52a、52b、52c、52d)を弾性支持部3上
に形成している。
長線B上に1辺を略一致させて矩形形状のベースリード
54(54a、54b、54c、54d)がフレーム部
2に弾性支持部3の幅方向に並べて設けられ、ベースリ
ード54はその長手方向が弾性支持部3の長手方向と平
行にして配置されている。第1ピエゾ抵抗50はこれら
のベースリード54から弾性支持部3の長手方向に平行
に弾性支持部3上へ延びる。各ピエゾ抵抗50の先端
は、ベースリード54と隣接して並べられるとともにフ
レーム部2上から弾性支持部3上へ延びたベースリード
55(55a、55b、55c、55d)に接続してい
る。
れる。すなわち、第2ピエゾ抵抗52aは一端がピエゾ
抵抗50aの先端に接続されて、弾性支持部3の幅方向
に延びている。同様に第2ピエゾ抵抗52dの一端がピ
エゾ抵抗50dの先端に接続されて、弾性支持部3の幅
方向に延びている。ピエゾ抵抗52a、52dの各他端
は、それぞれベースリード54と隣接して並べられると
ともにフレーム部2上から弾性支持部3上へ延びたベー
スリード56a、56dに接続している。
ベースリード54bおよび54cとの接続点間に第2ピ
エゾ抵抗52bが幅方向に延び、ピエゾ抵抗50bおよ
び50cの先端間には第2ピエゾ抵抗52cが幅方向に
延びている。各ピエゾ抵抗50は梁長手方向に延びる歪
検出素子に該当し、各ピエゾ抵抗52は梁幅方向に延び
る歪検出素子に該当する。ベースリード54、55およ
び56は、ピエゾ抵抗50、52と同じp型拡散層とし
て形成されるが、ピエゾ抵抗と比較して幅広の大面積を
備えるので、きわめて低抵抗の単なる配線接続部として
機能する。
フレーム部2を延びるアルミニウム配線36’によって
電圧源Vccに接続される。ベースリード54a、54
c、54dは同じくフレーム部2を延びるアルミニウム
配線37’によって接地端子GNDに接続される。ま
た、それぞれフレーム部2を延びるアルミニウム配線に
よって、ベースリード54bは端子A1へ、ベースリー
ド55cは端子A2へ、ベースリード55aは端子B1
へ、そしてベースリード55dは端子B2へ接続され
る。以上の歪み検出部10’を備えるスキャナ基板の作
製要領は、第1の実施例におけるスキャナ基板1の作成
要領に準じる。
は、長手方向応力と幅方向応力に対し極性が逆で同程度
の抵抗値変化を現わすので、フルブリッジ回路として感
度を向上できる。すなわち、上記のように構成された歪
み検出部10’には、第1の実施例と同様に、図8の
(a)に示す第1のブリッジ回路104と、(b)に示
す第2のブリッジ回路106とが形成される。第1のブ
リッジ回路104では、弾性支持部3上で互いに平行に
配置されたピエゾ抵抗同士が対向する辺となっており、
曲げによる変形が高い感度で検出される。また第2のブ
リッジ回路106では、弾性支持部3上で互いに平行に
配置されたピエゾ抵抗同士が隣接する辺となっており、
捩れによる変形が高い感度で検出される。
線層であるアルミニウム配線36’、37’がすべてフ
レーム部2上に配置され、弾性支持部3にないので、前
実施例と同じく残留応力の発生がなく、また温度変動に
起因するオフセットや共振周波数の変動のおそれもな
い。
異ならせた第3の実施例について説明する。図9に示す
ように、この実施例においては、前実施例の第1ピエゾ
抵抗50a〜50dのうち、弾性支持部の幅中央寄りの
ピエゾ抵抗50b、50cを廃し、同様に幅中央寄りの
ピエゾ抵抗52b、52cを廃して、第1ピエゾ抵抗5
0aと50d、および第2ピエゾ抵抗52aと52dと
で歪み検出部10”を構成している。ベースリード56
dは、フレーム部2を延びるアルミニウム配線36”に
よって電圧源Vccに接続され、ベースリード54dが
同じくフレーム部2を延びるアルミニウム配線37”に
よって接地端子GNDに接続される。
はそれぞれアルミニウム配線38、39によってスイッ
チ素子61、62に接続され、これらのスイッチ素子に
よる切換えにしたがって、電圧源Vccへのアルミニウ
ム配線36”または接地端子GNDへのアルミニウム配
線37”に接続されるようになっている。スイッチ素子
61、62もLSIプロセスにより例えばトランジスタ
スイッチとしてスキャナ基板のフレーム部2に作り込ま
れる。また、それぞれフレーム部2を延びるアルミニウ
ム配線によって、ベースリード55aは端子C1へ、ベ
ースリード55dは端子C2へ接続される。
回路は、図10に示すようなものとなる。スイッチ素子
61が電圧源Vcc側へ接続され、スイッチ素子62が
接地端子GND側へ接続されると、弾性支持部3上で互
いに平行な第1ピエゾ抵抗50a、50dが互いに対向
する辺となり、互いに平行な第2ピエゾ抵抗52a、5
2dが互いに対向する辺となるブリッジ回路が形成さ
れ、端子C1、C2間に抵抗値の同相で変化する成分を
出力して、曲げ変形が高感度で検出される。一方、スイ
ッチ素子61が接地端子GND側へ接続され、スイッチ
素子62が電圧源Vcc側へ接続されると、第1ピエゾ
抵抗50a、50dが互いに隣接し、第2ピエゾ抵抗5
2a、52dも互いに隣接するブリッジ回路が形成さ
れ、端子C1、C2間に抵抗値の逆相で変化する成分を
出力して、捩れ変形が高感度で検出される。
ピエゾ抵抗のスイッチ素子による接続切換えでそれぞれ
曲げ変形と捩れ変形を検出する2つのブリッジ回路を形
成することができるので、検出回路の所要スペースが少
なくて済み、幅狭の弾性支持部への適用も容易となっ
て、スキャナ全体が小型化される。
ら延びる弾性支持部3の長手方向の中心線はミラー部4
の中心を通っているが、図11の従来例と同様に、さら
に弾性支持部をミラー部の中心とオフセットした部位で
接続すると、捩れ振動の際の変位を大きくできる。
である。
ある。
である。
線) 37、37’、37”、38、39 アルミニウム配
線(金属配線) 50a、50b、50c、50d 第1ピエゾ抵抗 52a、52b、52c、52d 第2ピエゾ抵抗 54a、54b、54c、54d ベースリード 55a、55b、55c、55d ベースリード 56a、56d ベースリード 61、62 スイッチ素子 80 シリコン素材 81 熱酸化膜 82 p型拡散抵抗 83、84 アルミニウム膜 85 凹部 100、104 第1のブリッジ回路 102、106 第2のブリッジ回路
Claims (8)
- 【請求項1】 反射面を備えたミラー部をフレーム部か
ら延びる梁により支持したスキャナ基板と、前記ミラー
部と梁からなる振動系を励起する振動励起手段とを備
え、前記梁を曲げ振動および捩れ振動させることによ
り、前記ミラー部の反射面に入射する光を2次元に走査
反射する光スキャナ装置において、前記梁のフレーム部
との接続部近傍に前記フレーム部から前記ミラー部方向
に延びる梁長手方向の複数の歪み検出素子を備える歪み
検出部を有して、該歪み検出部は、前記複数の歪み検出
素子のうちの少なくとも1つの歪み検出素子の出力に基
づいて梁の曲げ変形を検出するとともに、所定の歪み検
出素子間の出力の差に基づいて梁の捩れ変形を検出する
ことを特徴とする光スキャナ装置。 - 【請求項2】 前記所定の歪み検出素子は、それぞれ前
記梁の各側辺の近傍に配置されていることを特徴とする
請求項1記載の光スキャナ装置。 - 【請求項3】 前記歪み検出部はさらに前記梁上にその
梁幅方向に延びる複数の歪み検出素子を備え、該梁幅方
向に延びる歪み検出素子と前記梁長手方向に延びる歪み
検出素子とでブリッジ回路を形成していることを特徴と
する請求項1または2記載の光スキャナ装置。 - 【請求項4】 反射面を備えるミラー部をフレーム部か
ら延びる梁により支持したスキャナ基板と、前記ミラー
部と梁からなる振動系を励起する振動励起手段とを備
え、前記梁を曲げ振動および捩れ振動させることによ
り、前記ミラー部の反射面に入射する光を2次元に走査
反射する光スキャナ装置において、前記梁のフレーム部
との接続部近傍でかつ梁の各側辺近傍に形成された2本
の梁長手方向に延びる歪み検出素子と、2本の梁幅方向
に延びる歪み検出素子とを備える歪み検出部を有して、
該歪み検出部は、スイッチ切換えにより前記2本の梁長
手方向に延びる歪み検出素子が互いに対向するブリッジ
回路と互いに隣接するブリッジ回路とを形成し、前記梁
長手方向に延びる歪み検出素子が互いに対向するブリッ
ジ回路では梁の曲げ変形を検出し、梁長手方向に延びる
歪み検出素子が互いに隣接するブリッジ回路では梁の捩
れ変形を検出することを特徴とする光スキャナ装置。 - 【請求項5】 前記スキャナ基板が半導体であって、該
スキャナ基板の半導体素材をエッチング処理して前記梁
が形成され、前記梁長手方向に延びる歪み検出素子およ
び梁幅方向に延びる歪み検出素子は前記スキャナ基板上
に拡散形成されたピエゾ抵抗であることを特徴とする請
求項1、2、3または4記載の光スキャナ装置。 - 【請求項6】 前記梁長手方向に延びる歪み検出素子
は、それぞれ前記フレーム部側から前記ミラー部側へ延
びる2本のピエゾ抵抗の先端を連結した折り返し形状を
有することを特徴とする請求項5記載の光スキャナ装
置。 - 【請求項7】 前記各歪み検出素子を外部電源回路に接
続する金属配線が、前記梁を避けてフレーム部に形成さ
れていることを特徴とする請求項1、2、3、4、5ま
たは6記載の光スキャナ装置。 - 【請求項8】 前記ミラー部の厚さが前記梁の厚さより
大きいことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6
または7記載の光スキャナ装置。
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